设计具有自组装功能的分子是超分子化学、化学生物学和材料科学领域中一个具有挑战性的研究课题,因为这些分子能够形成结构明确而具体的超分子建筑模板。在这些研究中,人们对能够自组装成具有螺旋结构的人工合成折叠体尤为感兴趣,其目的是:一方面模拟蛋白质和DNA等生命物质的结构和功能,更好得理解生命现象的本质,另一方面可以构筑自然界生物大分子所不具有的自组装结构和功能。本论文主要研究了芳香类螺旋折叠体的设计合成、自组装结构及其运动功能,其研究内容和结论如下:　　 1.本课题组采用10-氟二氮杂蒽为结构单元进行螺旋体系的构筑,通过片段加倍合成法,得到了含10-氟二氮杂蒽羧酸和2-氟间苯二胺相交替的螺旋折叠链。研究表明,两条单折叠链能够通过拉伸螺旋间距以达到合适的尺寸,并以相互滑动的方式形成超级稳定的双螺旋结构。这种双螺旋结构之所以稳定,主要源于折叠体中芳香环之间强烈的π～π堆积作用。　　 2.通过片段加倍合成法,成功地合成了8-氯喹啉酰胺结构单元的寡聚物。其结构经1H NMR、13C NMR及质谱进行了表征。该类寡聚物能够通过分子内C1…H-N和N…H-N氢键自组装成为具有螺旋结构的超分子体系。此外,用X-ray衍射法以及核磁测定了该八聚体能够二聚生成双螺旋结构,与早先研究的8-氟喹啉酰胺寡聚物相类似。我们进一步研究了两者的杂交能力,结果表明,两者具有较强的杂交倾向性,能够形成含有Cl,F杂合双螺旋结构。其原因很可能是:在杂合双螺旋结构中,Cl原子和F原子有较好的空间匹配性。　　 3.设计合成了一类以8-氟喹啉酰胺为骨架,联吡啶为桥梁的寡聚物。该类寡聚物能够通过分子内F…H-N和N…H-N氢键诱导成为具有S形构象的超分子折叠体系。SEM、TEM和XRD研究表明:在氯仿-甲醇混合溶剂中,该折叠体能够通过分子间芳香折叠骨架的堆积作用和烷基链的范德华力分级自组装成微米结构。实验表明:在分子骨架相同的情况下,可通过改变分子末端烷基链的长度来调节聚集体的组装形貌。　　 4.设计合成了一类超分子单螺旋类轮烷化合物。在该体系中,螺旋分子能够缓慢地缠绕到棒状客体分子上,从而形成主客体络合物。在形成过程中,只需要螺旋分子发生解折叠和再折叠,而不再需要其与客体分子的不可逆固定。同时,螺旋分子的长度必须和客体分子的络合点严格匹配。一旦单螺旋类轮烷化合物形成后,由于螺旋离解的速率相对较慢,其可以在棒状分子上运动而不解离。随后,我们进一步地利用质子化和去质子化,实现了对该螺旋分子运动的调控。